Механические часы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Карманные механические часы

Механи́ческие часы́ — часы, использующие гиревой или пружинный источник энергии. В качестве колебательной системы применяется маятниковый или балансовый регулятор. Мастера, изготавливающие и ремонтирующие часы, называются часовщиками. В искусстве механические часы являются символом времени.

Механические часы по точности хода уступают электронным и кварцевым (1-й класс точности механических часов — от +40 до −20 секунд в сутки; погрешность кварцевых часов находится в пределах от 10 секунд в день до 10 секунд в год). Поэтому в настоящее время из незаменимого инструмента механические часы превращаются в символ престижа.

История[править | править вики-текст]

Прототипом первых механических часов можно считать Антикитерский механизм, обнаруженный археологами в начале XX века среди обломков античного торгового судна и датируемый II веком до н.э.

Первые механические часы с анкерным механизмом были изготовлены в Танском Китае в 725 году нашей эры мастерами И Сином и Лян Линцзанем. Из Китая секрет устройства, по-видимому, попал к арабам.

Первые маятниковые часы изобретены в Германии около 1000 года аббатом Гербертом — будущим папой Сильвестром II, но широкого распространения не получили. Первые башенные часы в Западной Европе построены были в 1288 году английскими мастерами в Вестминстере. Примерно в это же время о колесных часах с боем рассказывает Данте Алигьери в своей «Божественной комедии».

Первые в Западной Европе механические часы, устанавливаемые на башнях для того, чтобы можно было разместить гиревой движитель их механизма, имели всего одну стрелку — часовую. Минуты тогда не измерялись вообще; зато такие часы нередко отмечали церковные праздники. Маятника в таких часах также не было.

Так, башенные часы, установленные в 1354 году в Страсбурге, не имели маятника, зато отмечали: часы, части суток, праздники церковного календаря, Пасху и зависящие от нее дни. В полдень перед фигуркой Девы Марии склонялись фигурки трех волхвов, а позолоченный петух кукарекал и бил крыльями; специальный механизм приводил в движение маленькие цимбалы, отбивавшие время. К настоящему времени от Страсбургских часов уцелел только петух. Наиболее ранний из сохранившихся до наших дней башенный часовой механизм находится в соборе английского города Солсбери, и относится к 1386 году.

Лишь в XVII веке знаменитый Галилео Галилей усовершенствовал маятник — изобретение Герберта, но лишь спустя много времени его изобретение стали использовать в часах.

В России первые башенные часы, сконструированные сербским мастером Лазарем, появляются на княжеском дворе Московского Кремля в начале XV века[1].

Позже появились карманные часы, запатентованные в 1675 году Х. Гюйгенсом, а затем — много позже — и часы наручные. Вначале наручные часы были только женские, богато украшенные драгоценными камнями ювелирные изделия, отличающиеся низкой точностью хода. Ни один уважающий себя мужчина того времени не надел бы часы себе на руку. Но войны изменили порядок вещей и в 1880 году массовое производство наручных часов для армии начала фирма Girard-Perregaux.

Конструкция механических часов[править | править вики-текст]

Механические часы состоят из нескольких основных частей:

  1. Источник энергии — заведённая пружина или поднятая гиря.
  2. Спусковой механизм — устройство, которое преобразует непрерывное вращательное движение в колебательное или возвратно-поступательное движение. Спусковой механизм определяет точность хода часов.
  3. Колебательная система — маятник или балансир (баланс).
  4. Механизм подзаводки и перевода стрелок — ремонтуар.
  5. Система шестерёнок, соединяющая пружину и спусковой механизм — ангренаж.
  6. Циферблат со стрелками.

Маятник[править | править вики-текст]

Исторически первой колебательной системой был маятник. Как известно, при одинаковой амплитуде и постоянном ускорении свободного падения частота колебания маятника неизменна.

В состав маятникового механизма входят:

  • Маятник;
  • Анкер, соединённый с маятником;
  • Храповое колесо (храповик).

Точность хода настраивается изменением длины маятника.

У классического маятникового механизма есть три недостатка. Во-первых, частота колебаний маятника зависит от амплитуды колебаний (этот недостаток преодолел Гюйгенс, заставив маятник колебаться по циклоиде, а не по дуге окружности). [Галилей опубликовал исследование колебаний маятника и заявил, что период колебаний не зависит от их амплитуды (это приблизительно верно для малых амплитуд).] Во-вторых, маятниковые часы должны быть установлены неподвижно; на движущемся транспорте их применять нельзя. В-третьих, частота зависит от ускорения свободного падения, поэтому часы, выверенные на одной широте, будут отставать на более низких широтах и уходить вперёд на более высоких.

Баланс[править | править вики-текст]

Балансирный механизм наручных часов

Голландец Христиан Гюйгенс и англичанин Роберт Гук независимо друг от друга разработали другой колебательный механизм, который основан на колебаниях подпружиненного тела.

В состав балансирного механизма входят:

  • Балансирное колесо;
  • Спираль;
  • Вилка;
  • Градусник — рычаг регулировки точности;
  • Храповик.

Точность хода регулируется градусником — рычагом, который выводит из работы некоторую часть спирали. Баланс чувствителен к колебаниям температуры, поэтому колесо и спираль делают из сплавов с небольшим коэффициентом температурного расширения. Второй вариант, более старый — делать колесо из двух разных металлов, чтобы оно изгибалось при нагреве (биметаллический баланс).

Для повышения точности хода баланс снабжался винтами, которые позволяют точно сбалансировать колесо. Появление прецизионных станков-автоматов избавило часовщиков от балансировки, винты на балансе стали чисто декоративным элементом.

Балансирный механизм применяется преимущественно в переносных часах, так как, в отличие от маятниковых, может эксплуатироваться в разных положениях. Однако вследствие нечувствительности к колебаниям температуры, а также благодаря большей долговечности в башенных и некоторых видах напольных и настенных часов всё равно применяется маятник.

Дополнительные механизмы, встраиваемые в часы[править | править вики-текст]

Циферблаты часов на Башне Зиммера

Кукушка, бой[править | править вики-текст]

Через фиксированные промежутки времени (обычно через полчаса или час) часы отбивают колоколами текущее время. Как вариант: играет мелодия, или фигурки-жакемары разыгрывают какую-то сценку.

Интересно, что до появления механических часов время узнавали по звуку церковных колоколов. Поэтому в первых механических часах был только бой, без циферблата. В некоторых языках башенные часы и колокол называются одним и тем же словом, например по-нидерландски и то, и другое будет klok.

Репетир[править | править вики-текст]

От фр. répéter - повторять, воспроизводить. Более сложный механизм, позволяющий при нажатии на кнопку отбить время звуком. Изначально был разработан для моряков, которым надо было в тёмное время суток узнать текущее время, не разжигая огонь.

Существует несколько видов репетиров:

  • Минутный — отбивает часы, четверти, минуты.
  • Пятиминутный — Отбивает часы и количество пятиминут после часов.
  • Получетвертной — Отбивает часы и количество получетвертей после часов.
  • Четвертной — Отбивает часы и количество четвертей после часов.

Календарь[править | править вики-текст]

Календарь бывает разной сложности — от простого указателя числа, который приходится переводить, если в месяце менее 31 суток, до сложного механизма, учитывающего високосные года.

Фазы Луны[править | править вики-текст]

Относится к астрономическим функциям. Дополнительный циферблат или диск, отградуированный на 29,5 дней и изображающий Луну в различных фазах.

Уравнение времени[править | править вики-текст]

Астрономическая функция в часах, учитывающая разницу между средним местным временем, которое показывают обычные часы, и реальным солнечным временем.

Люнет[править | править вики-текст]

Часы Omega Seamaster с люнетом

В некоторых наручных часах (например, «Командирских», Россия) вокруг циферблата установлено поворотное кольцо с делениями (люне́т, безель). Предназначен он для того, чтобы засекать время. В водолазных часах люнет крутится только против часовой стрелки, чтобы при случайном повороте нельзя было увеличить оставшееся время (что может привести к нехватке воздуха). По водолазной традиции, последние 15 или 20 минут люнета делают красными (сигнал на всплытие).

Автоподзавод[править | править вики-текст]

В наручных часах устанавливается эксцентрик (на языке часовщиков ротор или сектор, так как выполнен в виде лёгкой пластины с накладкой в форме сектора дуги из тяжёлого вольфрамового сплава; в дорогих часах применяются сплавы золота, ещё более тяжёлые), который вращается при движении руки и заводит пружину. Поэтому при постоянном ношении часов их вообще не требуется заводить. Механизм автоподзавода и пружина соединены фрикционом.

Автоподзавод положительно сказывается на точности (пружина постоянно находится в почти заведённом состоянии). В водонепроницаемых часах медленнее изнашивается резьба, которая закручивает заводную головку.

Часы с автоподзаводом толще и тяжелее часов с ручным заводом. Женские калибры с автоподзаводом достаточно капризны, в силу миниатюрности их деталей. Автоподзавод бесполезен для малоподвижных людей (к примеру, находящихся в преклонном возрасте или в болезненном состоянии), а также для людей, которые носят часы лишь время от времени. Однако при наличии специального устройства для автоматического завода часов под названием «виндер», часы могут постоянно находиться в заведенном состоянии. Виндеры работают от бытовой электросети (220в или 110в) либо от аккумуляторных батарей.

Турбийон[править | править вики-текст]

Часы с турбийоном

В первых механических часах точность хода могла зависеть от положения часов в пространстве и температуры окружающей среды. Для уменьшения зависимости от температуры стали применяться специальные сплавы с низкими температурными коэффициентами.

Бреге в 1795 году изобрел, а в 1801 запатентовал турбийон (фр. tourbillon — вихрь)[2] — устройство для частичной[3] компенсации притяжения Земли. Турбийон состоит из баланса, анкерной вилки и анкерного колеса, расположенных на специальной вращающейся площадке (наиболее часто встречающаяся скорость вращения: 1 оборот в минуту). Это один из самых сложных и дорогих дополнительных механизмов. Максимальная точность хода недорогих механических часов достигает ±5 секунд в сутки; высококачественных: до ±1 сек в сутки, недорогих кварцевых часов (это более современный механизм, для сравнения): ±1/2 сек. в сутки[3]. Точность хода часов с турбийоном составляет: -1/+2 сек. в сутки[4]. Часто турбийон делают видимым через окошко в циферблате. Фактически, турбийон поворачивает весь часовой механизм вокруг своей оси в течение одной минуты, что, в связи с влиянием притяжения Земли, заставляет часы полминуты спешить, а следующие полминуты отставать, что нивелирует влияние притяжения Земли на точность хода.

Эффективность турбийонов многократно подвергалась сомнению с момента их изобретения. По мнению часовщика Александра Миляева, станки-автоматы делают настолько сбалансированные колёса, что турбийон просто не нужен, а часы с турбийонами являются «показателем исключительного мастерства часовщика и высокого статуса владельца»[2].

Индикатор запаса хода[править | править вики-текст]

Показывает, на сколько ещё часов или дней хватает завода пружины.

Особые типы часов[править | править вики-текст]

Будильник[править | править вики-текст]

В указанный пользователем момент даёт звуковой сигнал. Время сигнала задаётся с помощью дополнительной стрелки. Будильник обычно звонит 2 раза в сутки с традиционным циферблатом, разделённым на 12 часов и 1 раз с циферблатом, разделённым на 24 часа

Хронометр[править | править вики-текст]

Изначально хронометр применялся в море для определения географической долготы. В наши дни, так называют особо точные механические часы, соответствующие стандарту ISO 3159. В Швейцарии сертификацию осуществляет официальный швейцарский институт хронометрии, (en:COSC, фр. Controle Officiel Suisse de Chronometres). Часы получают статус при условии, что за сутки уходят не более чем на 10 секунд (15 секунд для хронометров второго класса)[5].

Секундомер[править | править вики-текст]

Часы, которые служат для отсчёта коротких промежутков времени (например, в спорте). Секундомер позволяет в любой момент запускать и останавливать отсчёт времени, а также быстро обнулять показания. В отличие от обычных часов секундомеры не предназначены для определения текущего времени, только интервалов, от одного момента до другого.

Хронограф[править | править вики-текст]

Хронографом называют механические или кварцевые часы, которые одновременно являются секундомером

Шахматные часы[править | править вики-текст]

Часы с двумя механизмами, которые служат для контроля времени в шахматах. Так же, как секундомеры, предназначены для измерения относительного времени.

Лабораторные часы[править | править вики-текст]

Таймер, предназначенный для химиков, фотографов

Производители часов[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Троицкая летопись, 1408 г.
  2. 1 2 Апресов, Сергей Сердце времени: Механика вечности // Популярная механика. — Май 2007. — № 5 (55).
  3. 1 2 Denny, Mark The Tourbillon and How It Works (англ.) // IEEE Control Systems Magazine. — IEEE Control Systems Society, Июнь 2010. — Vol. 30. — № 3. — P. 19—23, 78. — ISSN 1066-033X. — DOI:10.1109/MCS.2010.936291
  4. Турбийон
  5. Таблица на сайте COSC  (англ.)

См. также[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]